Qué son las tolerancias de mecanizado CNC - Por qué son clave para la fabricación de precisión

Tolerancia en máquina CNC es la cantidad ilimitada permitida de variación en una dimensión física de una pieza - la forma simple de decir esto es: cuánta desviación del diseño original se permite mientras que todavía permite que la pieza funcione normalmente. Las tolerancias en la fabricación de precisión son importantes porque no se puede esperar que un proceso de fabricación alcance tolerancias perfectas. Las tolerancias permiten que la pieza fabricada funcione adecuadamente dentro de unos límites aceptables. Las tolerancias permiten a los fabricantes alcanzar cierto compromiso entre coste, eficacia y calidad. Sin tolerancias, incluso la máquina más avanzada produciría piezas que no funcionan bien o que tienen una repetibilidad o inconsistencia pobres.

¿Qué significa tolerancia en máquinas CNC?

Definición básica de tolerancia en CNC

La tolerancia en las máquinas CNC se refiere a la variación admisible en las dimensiones de la pieza con respecto al diseño original. En varias industrias, como la aeroespacial, la de automoción y la de dispositivos médicoslas máquinas CNC se utilizan ampliamente para fabricar piezas extremadamente precisas. Las tolerancias establecen el estándar de precisión del producto. En muchos sectores, el más mínimo error de precisión puede provocar un fallo. Para garantizar que se cumplen los requisitos de precisión durante la fabricación, las tolerancias se reconocen en el diseño y se respetan durante toda la producción.

Por ejemplo, un componente puede tener un diámetro perfecto de 50,00 mm y, por encima de las tolerancias de ±0,05 mm sobre el diámetro especificado, puede medir de 49,95 mm a 50,05 mm y aun así ser aceptado. Este sistema de tolerancias nos da cierta seguridad de que todavía se puede esperar que la pieza funcione de forma fiable mientras se aceptan las tolerancias y los límites de precisión del proceso de mecanizado.

Unidades comunes utilizadas para expresar la tolerancia

Normalmente, las tolerancias en máquinas CNC se designan por milímetros (mm) o pulgadas. El uso de micras (µm) también es común en industrias de alta precisión como la electrónica y la fabricación de dispositivos médicos. Un grupo de tolerancias se presenta a menudo con un signo ± para significar el área tolerable de desviación del valor nominal.

• En milímetros (mm): Comúnmente utilizado en la mayoría de los diseños internacionales de ingeniería.

• En pulgadas (milésimas de pulgada): De uso común en EE.UU.

• En Micras (µm): Se utiliza en aplicaciones de ultraprecisión, como el mecanizado de semiconductores.

Cuanto más ajustada es la tolerancia, más precisa debe ser la medición, que normalmente también incorpora herramientas más avanzadas y una calibración cuidadosa.

¿Por qué es importante la tolerancia en el mecanizado CNC?

Impacto en la calidad del producto

La calidad del producto está completamente determinada por la tolerancia de los procesos de la máquina CNC. Una pieza fuera de tolerancia puede o no encajar con otros componentes, lo que puede dar lugar a problemas de ensamblaje, problemas de rendimiento o menor seguridad. Las tolerancias deficientes pueden provocar fallos catastróficos en los productos aeroespaciales, mientras que en los dispositivos médicos, los errores evitables pueden poner en peligro la seguridad de los pacientes.

Seguir unas tolerancias estrictas permite al fabricante confiar en que las piezas cumplirán siempre los requisitos funcionales y de seguridad del producto. La satisfacción y la fidelidad del cliente aumentarán, junto con la mejora de la imagen de marca, gracias a un rendimiento más constante del producto y a un menor número de retiradas.

Papel en los costes y la eficiencia

El factor coste también desempeña un papel importante. Cuando hay tolerancias estrictas, los procesos de fabricación tardan más porque requieren maquinaria avanzada y operarios cualificados y, en última instancia, aumentan los costes. Por otro lado, si las tolerancias son demasiado laxas, habrá un ahorro de costes, pero también hay un riesgo de rendimiento.

Los fabricantes quieren encontrar un equilibrio entre coste y calidad: tolerancias lo suficientemente ajustadas para garantizar el funcionamiento, pero no tanto como para que la fabricación del producto resulte antieconómica. Inteligente servicio de máquinas CNC ayudan a las empresas en esta relación equilibrada entre coste y calidad en términos de precisión y eficacia.

¿Cuáles son los tipos de tolerancias en las máquinas CNC?

Tolerancia dimensional

La tolerancia dimensional establece las medidas aceptables para las dimensiones lineales o angulares de una pieza, como longitud, anchura, altura o diámetro. Permite que las piezas encajen correctamente en un ensamblaje. Por ejemplo:

• Un eje se diseña a 20,00 mm con una tolerancia de ±0,02 mm, por lo que podría medir entre 19,98 mm y 20,02 mm.

• Las tolerancias angulares proporcionarán una variación aceptable, como permitir el movimiento de los dientes de un engranaje al ensamblar un eje y todos sus engranajes o juntas correspondientes.

La tolerancia dimensional es crucial en una industria como la de la automoción o la electrónica de consumo, donde las piezas deben encajar de forma consistente para proporcionar el mejor rendimiento y durabilidad.

Tolerancia geométrica

La tolerancia geométrica permite más que la tolerancia dimensional, ya que se centra en la forma, orientación y posición de las características de un ensamblaje. De este modo, si la pieza tiene tolerancia dimensional, también se alineará y funcionará como fue diseñada para operar.

Existen varios tipos de tolerancias geométricas. Algunos ejemplos son:

• Planitud: Garantiza la uniformidad de la superficie.

• Paralelismo: Controla la alineación de superficies o características.

• Concentricidad: Garantiza que los elementos circulares comparten un centro.

• Perpendicularidad: Controla los ángulos rectos entre superficies.

La tolerancia geométrica es especialmente importante en los ensamblajes de precisión en los que las piezas deben encajar libremente.

¿Cómo se mide y mantiene la tolerancia en el CNC?

Herramientas y técnicas de medición

Para mantener la tolerancia en el trabajo con máquinas CNC, se utilizan herramientas y técnicas de medición avanzadas:

• Calibres y micrómetros: Para comprobaciones dimensionales estándar.
  

• Máquinas de medición por coordenadas (MMC): Para mediciones 3D de alta precisión.
  

• Escaneado láser: Para el análisis rápido y preciso de superficies.
  

• Comparadores ópticos: Para la inspección visual de piezas pequeñas.
  

Estas herramientas garantizan la precisión a la vez que documentan el control de calidad para las industrias que exigen conformidad.

Calibración de máquinas CNC y sistemas de control

La calibración periódica de una máquina CNC es esencial para garantizar el cumplimiento de las tolerancias. La calibración de las máquinas CNC debe realizarse de forma rutinaria. La calibración es la comprobación y el ajuste de la configuración de la máquina a cierta precisión estándar. Los sistemas de control son otro componente importante del tolerado. Las máquinas CNC más nuevas están equipadas con sistemas completos construidos con controles internos computerizados, bucles de retroalimentación para minimizar el error humano, y variación térmica/mecánica ajustada internamente para asegurar el tolerado.

El mantenimiento programado, el cuidado de las herramientas (cuchillas, hojas, etc.) y la formación de los operarios de las máquinas CNC apoyan el tolerado y garantizan que cada lote sucesivo de piezas se produzca según las especificaciones.

¿Qué se considera una buena tolerancia en el trabajo con CNC?

El significado de tolerancia en máquinas CNC puede variar de una industria a otra. He aquí una pauta general:

• ±0,1 mm (100 µm) es la norma para muchos bienes de consumo.

• ±0,01 mm (10 µm) se requiere para piezas de los sectores de automoción y aeroespacial, se denomina ultra alta precisión y se suele ver específicamente en dispositivos médicos y electrónicos.

Para caracterizar aún más la tolerancia, una dimensión de tolerancia se denomina "buena tolerancia" si cumple la función prevista del producto sin un coste excesivo ni afectar negativamente a la eficacia del proceso. En muchos sectores, entre ±0,01 mm y ±0,05 mm ofrecen un equilibrio adecuado entre coste, eficacia y tolerancia.